專利名稱：復(fù)合式培養(yǎng)管及其制備方法及密閉式藻類培養(yǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種新的藻類培養(yǎng)系統(tǒng)，主要是以一種具有高透光性的熱塑性塑料 尤其是聚丙烯樹脂，加工制成管狀薄膜，來取代傳統(tǒng)昂貴且不易加工的硬培養(yǎng)管材。
背景技術(shù)：
藻類的培養(yǎng)商業(yè)化并不是一個(gè)新的領(lǐng)域，臺(tái)灣的綠藻和螺旋藻培養(yǎng)作為健康食品 原料已經(jīng)有三十幾年的歷史。以往幾乎所有藻類的培養(yǎng)工廠都是使用開放式的培養(yǎng)方式 (Open Ponds, Race-way system)。開放式的培養(yǎng)方式較為粗放，對(duì)于藻類生長(zhǎng)的各種參數(shù) (如CO2、養(yǎng)分、環(huán)境氣候等)都不能有效的控制，易造成藻類被雜菌污染、藻類培養(yǎng)的風(fēng)險(xiǎn) 高、空間需求大、最終藻類細(xì)胞培養(yǎng)濃度低等缺點(diǎn)，也造成能夠成功商業(yè)化培養(yǎng)的微藻種類 非常有限。據(jù)估計(jì)目前能成功商業(yè)化的微藻種類不超過10種。所有開放式藻類培養(yǎng)的缺點(diǎn)幾乎都能在密閉式培養(yǎng)系統(tǒng)(光生化反應(yīng)器， Photo-Reactor)中得到改善，其中最重要的改善有三項(xiàng)1、密閉式系統(tǒng)被雜菌污染的風(fēng)險(xiǎn)大幅降低，和外界隔絕，幾乎保持在無(wú)菌狀態(tài)，當(dāng) 然減少雜菌生長(zhǎng)的機(jī)會(huì)。2、有效的利用二氧化碳等養(yǎng)分，二氧化碳是藻類光合作用的主要元素之一，傳統(tǒng) 的開放式培養(yǎng)，二氧化碳直接通入水中后自由逸散到大氣中，而密閉系統(tǒng)則能將通入的二 氧化碳保持在反應(yīng)器中，直到幾乎被藻類完全利用。3、大幅提高最終微藻的培養(yǎng)濃度，根據(jù)Pulz，2001年的報(bào)告，一般開放式培養(yǎng)系 統(tǒng)能達(dá)到的最高培養(yǎng)藻類濃度為0. 1 0. 2g (細(xì)胞干重)/L，而密閉式培養(yǎng)系統(tǒng)則可高達(dá) 2 8g (細(xì)胞干重)/L,兩者相差20 40倍。既然如此，為什么大部分的藻類培養(yǎng)工廠都還是使用開放式培養(yǎng)系統(tǒng)，最大的問 題就在于硬件投資成本。挖一個(gè)圓形池塘，加上基本的通氣攪拌機(jī)械，至少可以用來培養(yǎng)藻 類10年以上。而傳統(tǒng)的密閉式培養(yǎng)系統(tǒng)大都由玻璃或透明塑料管為主要的培養(yǎng)容器，透明 管的管壁厚度通常在3 5公厘，試想如果要建設(shè)10公頃面積的培養(yǎng)設(shè)施，要鋪設(shè)多長(zhǎng)的 玻璃管或PC管。依據(jù)歐洲一家公司所提出的密閉式PC管培養(yǎng)系統(tǒng)，每公頃需要直徑30公 分、管壁厚度4公厘，總長(zhǎng)度24545公尺的PC管來容納培養(yǎng)微藻。10公頃則需要245公里 以上的PC管。而且PC管或玻璃管，體積龐大不易運(yùn)送，每段管材長(zhǎng)度通常不超過3公尺，要 將每段3公尺的管材連接到245公里，所耗費(fèi)的原材料成本和人力工時(shí)將非常高，高到一個(gè) 不切實(shí)際的數(shù)字。玻璃管容易在培養(yǎng)操作過程中打碎，PC塑料管經(jīng)過長(zhǎng)期日曬會(huì)有劣化的 現(xiàn)象，造成密閉式培養(yǎng)系統(tǒng)常被人認(rèn)為不過是學(xué)校實(shí)驗(yàn)室里的把戲，難以真正大量商業(yè)化。利用微藻生產(chǎn)油脂，再將油脂轉(zhuǎn)化成生物柴油也不是一個(gè)新想法。早在1978年開 始美國(guó)政府主導(dǎo)了一個(gè)水生物種計(jì)劃(Aquatic Species Program，ASP)，主要就是要培養(yǎng) 藻類以生產(chǎn)再生能源，不過這個(gè)計(jì)劃在2000年終止。因?yàn)楫?dāng)時(shí)油價(jià)低迷，造成用微藻轉(zhuǎn)化 生產(chǎn)的生物柴油無(wú)利可圖。近兩年來國(guó)際油價(jià)高漲，造成這個(gè)題目逐漸成為國(guó)際上的熱門 題目，歐美有超過一打的公司都急著想投入這個(gè)題目的大量化研究。要用微藻來生產(chǎn)能源，尺寸就是一個(gè)最關(guān)鍵的要素，要生產(chǎn)能源就一定不能是小規(guī)模。根據(jù)一些實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)，一 公頃的面積一年大約可生產(chǎn)50 100公噸的油脂。如果一年要生產(chǎn)50，000公噸的生物柴 油，至少就需要500公頃以上的培養(yǎng)面積，培養(yǎng)產(chǎn)出超過100，000噸干重的微藻。這和傳統(tǒng) 的微藻培養(yǎng)規(guī)模有很大的差異，臺(tái)灣發(fā)展30多年的微藻工業(yè)，最大藻類生產(chǎn)公司的產(chǎn)能一 年也不過是500噸左右。如果采用開放式培養(yǎng)，所需要的培養(yǎng)面積會(huì)更大，如果采用密閉式 培養(yǎng)則又會(huì)面臨龐大的硬件投資成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一主要目的在于提供一種用于密閉式藻類培養(yǎng)系統(tǒng)的新穎復(fù)合式培養(yǎng)管。本發(fā)明的另一目的在于提供一種包含新穎復(fù)合式培養(yǎng)管的密閉式藻類培養(yǎng)系統(tǒng)。本發(fā)明的又一目的在于提供一種用于密閉式藻類培養(yǎng)系統(tǒng)的新穎復(fù)合式培養(yǎng)管 的制備方法。為了達(dá)成上述發(fā)明目的依照本發(fā)明內(nèi)容所完成的一種用于密閉式藻類培養(yǎng)系統(tǒng) 的復(fù)合式培養(yǎng)管，包含η個(gè)硬的U形管；及η+1根互相平行的透光塑料薄膜管，其中η為正 整數(shù)，第1根透光塑料薄膜管具有一入口端及第η+1根透光塑料薄膜管具有一出口端，其中 除了該入口端及出口端外，每一根透光塑料薄膜管的兩端與和其相鄰的透光塑料薄膜管的 兩端以該U形管流體相通的且密封的連接，于是一被導(dǎo)入該入口端的流體僅能由該出口端 流出該復(fù)合式培養(yǎng)管。較佳的，該透光塑料薄膜管具有一介于0. 01 0. 5mm的薄膜厚度，及對(duì)波長(zhǎng)400nm 的光具有大于80%的透光率。較佳的，該透光塑料薄膜管具有一介于0. 1 0. 2mm的薄膜厚度，及對(duì)波長(zhǎng)400nm 的光具有大于85%的透光率。較佳的，該透光塑料薄膜管以聚丙烯為主要成分制成。更佳的，該聚丙烯為二軸拉 伸聚丙烯及含有其重量0. 1 3%的成核劑。較佳的，該透光塑料薄膜管以含90 99重量％丙烯單體及1 10重量％的乙 烯、丁烯或己烯單體的無(wú)規(guī)共聚物為主要成分制成。更佳的，該無(wú)規(guī)共聚物系選自丹麥 Borealis公司所制造的型號(hào)為Borclear RB707CF和BorclearRB709CF，以及日本三菱化學(xué) 公司所制造的型號(hào)為WFX4T中的一種。較佳的，該聚丙烯及該無(wú)規(guī)共聚物含有其重量0. 1 3%的UV吸收劑。較佳的，該聚丙烯及無(wú)規(guī)共聚物含有其重量0. 1 3%的抗氧化劑。較佳的，該透光塑料薄膜管具有0. 1 0. 5m的管徑。本發(fā)明亦提供一種密閉式藻類培養(yǎng)系統(tǒng)，包含前述本發(fā)明的復(fù)合式培養(yǎng)管；一進(jìn) 料槽；一循環(huán)管路；一循環(huán)泵，其中該循環(huán)管路將該復(fù)合式培養(yǎng)管的入口端及出口端流體 相通的且密封的連接至該進(jìn)料槽，及該循環(huán)泵被設(shè)置于該循環(huán)管路上，于是位于該進(jìn)料槽 內(nèi)的培養(yǎng)液受該循環(huán)泵的驅(qū)動(dòng)循環(huán)流經(jīng)該復(fù)合式培養(yǎng)管，該循環(huán)管路及該進(jìn)料槽。較佳的，本發(fā)明的密閉式藻類培養(yǎng)系統(tǒng)進(jìn)一步包含一過濾系統(tǒng)及一排出管路，其 中該排出管路流體相通的且密封的將該過濾系統(tǒng)連接至該循環(huán)管路，于是在培養(yǎng)完畢時(shí)， 經(jīng)由該排出管路將培養(yǎng)液導(dǎo)至該過濾系統(tǒng)，將該培養(yǎng)液中的藻類過濾截留在該過濾系統(tǒng)內(nèi)而讓培養(yǎng)液的液體排出。本發(fā)明亦提供一種制備復(fù)合式培養(yǎng)管的方法，包含下列步驟準(zhǔn)備η個(gè)硬的U形 管；從一卷透光塑料薄膜管分割出η+1根等長(zhǎng)的透光塑料薄膜管，其中η為正整數(shù)；將該 η+1根透光塑料薄膜管互相平行、等距的且對(duì)齊的置于地面上；將第i根透光塑料薄膜管的 遠(yuǎn)程與第i+Ι根透光塑料薄膜管的遠(yuǎn)程以第i個(gè)U形管流體相通的且密封的連接；將第i+1 根透光塑料薄膜管的近端與第i+2根透光塑料薄膜管的近端以第i+Ι個(gè)U形管流體相通的 且密封的連接，其中i = 1，2，3，...η。實(shí)施方式本發(fā)明揭示了一套可以長(zhǎng)期使用、價(jià)格便宜、加工容易、且具有接近玻璃的透光率 的塑料薄膜管，以用于藻類大規(guī)模培養(yǎng)。對(duì)于生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，至目前為止以藻類取代 糧食作為料源似乎是唯一可避免因排擠效應(yīng)造成糧食短缺的問題。要尋找一種容易利用吹膜機(jī)加工的透明塑料材質(zhì)，是本發(fā)明是否能成功的關(guān)鍵部 份，本發(fā)明提出的這種新穎藻類培養(yǎng)塑料薄膜管的材料必須具備幾個(gè)條件良好的機(jī)械強(qiáng) 度、像玻璃一樣的高透光率、良好的耐候性能夠長(zhǎng)期忍受太陽(yáng)光的照射、而且還要容易利用 傳統(tǒng)吹膜機(jī)加工。關(guān)于塑料材質(zhì)的透光度，最主要因素是材質(zhì)的結(jié)晶性。非結(jié)晶性的塑料，例如PC、 EVA、PMMA, PVC, PET、和EVA通常具有良好的透光度。而結(jié)晶性的塑料，例如PP、LDPE和 HDPE則透光度較差。為了追求高透光度，材料通常會(huì)選擇非結(jié)晶性的材質(zhì)。在非結(jié)晶性的 材質(zhì)中，PVC和EVA可以很容易的利用吹膜機(jī)加工成微藻培養(yǎng)用的塑料薄膜管，但是EVA的 材質(zhì)太軟，機(jī)械強(qiáng)度和表面抗刮特性不能滿足需求。PVC則有嚴(yán)重的環(huán)保隱憂和容易因?yàn)?陽(yáng)光照射而變脆、變得不透明。PC、PMMA和PET則因?yàn)槿埸c(diǎn)太高和熔體流動(dòng)性差而無(wú)法用 吹膜機(jī)加工成塑料薄膜管。在嘗試過一般用的泛用塑料材質(zhì)都不能滿足新一代微藻培養(yǎng)膜 管的需求。本案發(fā)明人嘗試尋找一些特殊的光學(xué)塑料材料，在許多次的加工實(shí)驗(yàn)中，我們 發(fā)現(xiàn)有些光學(xué)塑料材料，在各方面都非常符合需求，例如環(huán)狀烯烴共聚合物Cyclic Olefin Copolymer (COC)，但是新的光學(xué)塑料材料價(jià)錢昂貴，不能解決成本太高的問題?！銇碚f聚丙烯由于具有良好的機(jī)械性能、無(wú)毒、相對(duì)密度低、耐熱、耐化學(xué)藥品、 價(jià)格低廉、容易加工成型等特點(diǎn)，是一種相當(dāng)適合的材質(zhì)。但是聚丙烯是屬于結(jié)晶性的塑 料，在通常的生產(chǎn)條件下獲得的球晶體積大，結(jié)晶不完善，在球晶的接口有很大的光散射， 造成制品的透光性下降，為了滿足藻類培養(yǎng)塑料管膜對(duì)透光性的要求，需對(duì)聚丙烯進(jìn)行透 光性改良。高透光性的聚丙烯與之前測(cè)試過的透明塑料材料相比，具有透光度佳、光澤度優(yōu) 異，單位重量低、價(jià)格低廉，及綜合機(jī)械性質(zhì)好，可回收及有較高的熱變形溫度(一般大于 110°C )，使其相當(dāng)適合用于藻類培養(yǎng)塑料管膜的應(yīng)用。目前，已工業(yè)化的高透光性聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)主要有3種(1)在聚丙烯中加入透明 成核劑；( 利用Z-N催化劑生產(chǎn)無(wú)規(guī)共聚型聚丙烯；( 采用茂金屬催化劑生產(chǎn)高透光性 聚丙烯。這三種技術(shù)又可以互相結(jié)合進(jìn)一步提高聚丙烯材質(zhì)的透光性，其中最重要的就是 采用無(wú)規(guī)共聚型的聚丙烯作為塑料薄膜管的材料。無(wú)規(guī)共聚型聚丙烯(Polypropylene Random Copolymer，PP-R)是屬于聚丙烯的一 種，是由丙烯和少量共聚單體，主要是乙烯或丁烯和己烯單體，通常少量共聚單體占整體的 1 7%，其余都是丙烯單體，在一定溫度、壓力和特定催化劑的作用下無(wú)規(guī)共聚合而產(chǎn)生。結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)使PP-R擁有傳統(tǒng)聚丙烯所沒有的特性，在聚合物結(jié)構(gòu)鏈上，少量的共聚單體 無(wú)規(guī)則的插在丙烯分子中間，破壞了聚丙烯的連續(xù)結(jié)構(gòu)，將阻礙聚合物分子的排列結(jié)構(gòu)，從 而降低整體材質(zhì)的結(jié)晶度，大幅提高聚丙烯的透光性。 由于PP-R具有均衡的力學(xué)性能和良好的綜合性能，國(guó)際上已有廠商開發(fā)出新一 代的PP-R。由各廠家提供的特性數(shù)據(jù)中，丹麥的Borealis公司推出的PP-R型號(hào)Borclear RB707CF和Borclear RB709CF以及日本三菱化學(xué)推出的型號(hào)WFX4T，特別適合本發(fā)明所揭 露的微藻培養(yǎng)塑料薄膜管的制造需求，這些型號(hào)的PP-R都具有以下特性
1、優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，PP-R的一些機(jī)械性質(zhì)大致與PMMA及PC相當(dāng)，明顯優(yōu)于LDPE 和EVA，能夠有足夠的機(jī)械強(qiáng)度支撐微藻培養(yǎng)的循環(huán)水壓。2、優(yōu)良的耐熱性，PP-R的耐熱性與PC相當(dāng)，在耐熱性這方面優(yōu)于PMMA、LDPE和 PVC，使得PP-R可以直接用高熱殺菌，適用于微藻培養(yǎng)系統(tǒng)。3、優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)，PP-R為無(wú)定形，且不含明顯的發(fā)色團(tuán)。因此，PP-R為透明度高 且無(wú)色的材料。PP-R在可見光范圍的透光率相當(dāng)高，已達(dá)85%以上，略低于PMMA及PCjfi 已經(jīng)比LDPE和傳統(tǒng)PP高出很多，足夠能夠讓微藻生長(zhǎng)所需的可見光穿透，以加速光合作用 的進(jìn)行。4、優(yōu)良的耐化學(xué)品性與耐久性，PP-R為一種聚烯烴，其耐化學(xué)品性約略與傳統(tǒng)PP 類似。一般而言，聚烯烴具有良好的耐化學(xué)品性和耐久性，可以承受微藻培養(yǎng)系統(tǒng)中可能遭 遇到的酸堿水溶液，并能維持長(zhǎng)期使用的材質(zhì)穩(wěn)定度。5、PP-R的加工成型性，PP-R具有優(yōu)異的熔融流動(dòng)性與加工成型性，其加工成型性 較其它耐熱性無(wú)定形聚合體為佳。如果與PC比較，PP-R顯現(xiàn)極為突出的流動(dòng)性。在觀01 下，PP-R的熔融黏度較PC及PMMA為低，故有優(yōu)良的加工性，特別適合用于微藻培養(yǎng)塑料薄 膜管的直接吹膜加工。經(jīng)過初步實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)Borealis公司的Borclear RB709CF具有良好的熱加工流 動(dòng)性，且0. 12公厘薄膜的全光透光率可高達(dá)89%，故我們選擇Borealis公司的Borclear RB709CF作為之后的實(shí)施例的塑料薄膜管的材料。一般市面上Borealis公司的Borclear系列聚丙烯的每公斤售價(jià)大約為2. 2元美 金，如果用吹膜機(jī)加工成0. 12公厘厚、直徑30公分圓筒狀薄膜，每公斤約可制造10公尺的 微藻培養(yǎng)塑料薄膜管，平均每公尺的原料成本約0. 22美金。如果是以傳統(tǒng)的透明PC管計(jì) 算，PC —公斤的價(jià)格約為2. 5美金，用擠壓成型的方式生產(chǎn)4公厘厚度、直徑30公分、長(zhǎng)度 1公尺的透明圓管，光是原料價(jià)格就要11. 2美金，比PP-R塑料薄膜管高出50倍以上。本發(fā) 明所揭露的塑料薄膜管只需利用普通塑料袋生產(chǎn)所用的吹膜機(jī)，加工容易且設(shè)備普遍，而 傳統(tǒng)的大口徑(30公分以上)透明PC管需要特殊的加工設(shè)備和技術(shù)，目前在臺(tái)灣幾乎沒有 廠商有能力制造，需要從國(guó)外進(jìn)口大口徑PC管。原料價(jià)格加上技術(shù)加工費(fèi)再加上從國(guó)外進(jìn) 口的運(yùn)費(fèi)，30公分直徑、4公厘管厚的透明PC管，在臺(tái)灣的大量采購(gòu)價(jià)格高達(dá)每公尺125美 金以上。依照國(guó)外一家公司的數(shù)據(jù)，如果要鋪設(shè)一公頃的微藻培養(yǎng)場(chǎng)，需要約24. 5公里 長(zhǎng)的培養(yǎng)管，采用透明PC管則需要約306萬(wàn)美金的培養(yǎng)管材成本，PP-R塑料薄膜管只需 要5390元美金的原料成本，比照一般塑料袋的加工費(fèi)用約為原料的一倍計(jì)算，采用本發(fā)明 所揭露的PP-R塑料薄膜管的微藻培養(yǎng)管材成本約為10780元美金，兩者相差280倍以上。也就是說采用本發(fā)明的塑料薄膜管來培養(yǎng)微藻可以將培養(yǎng)管材的成本降低到PC透明管的 0. 36%以下，這將使得大規(guī)模的密閉式微藻培養(yǎng)變?yōu)榭赡堋?更重要的在于本發(fā)明所揭露的PP-R塑料薄膜管，不論在透光度、機(jī)械強(qiáng)度和耐久 性方面都不遜于傳統(tǒng)的PC管或玻璃管，在實(shí)際的微藻培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，采用PP-R塑料薄膜管的 擬球藻細(xì)胞產(chǎn)率為PC透明管的1. 13倍，比LDPE塑料薄膜管的產(chǎn)率高出2. 06倍。


圖1是依本發(fā)明的一較佳具體實(shí)施例所完成的一種密閉式藻類培養(yǎng)系統(tǒng)的示意 圖。圖2是使用三種不同材質(zhì)的培養(yǎng)管所完成的如圖1所示的密閉式藻類培養(yǎng)系統(tǒng)進(jìn) 行藻類培養(yǎng)所得到的藻類干重產(chǎn)率對(duì)培養(yǎng)天數(shù)的坐標(biāo)圖。附圖標(biāo)記10.塑料薄膜管20.循環(huán)泵30.進(jìn)料槽40.循環(huán)管路50. U型管60.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)70.排出管路80.過濾系統(tǒng)
具體實(shí)施例方式實(shí)施例采用Borealis公司生產(chǎn)的PP-R，型號(hào)Borclear RB709CF，添加塑料加工業(yè)界常用 的抗氧化劑Cil^a-Geigy公司生產(chǎn)型號(hào)Irganox B225添加量1500ppm。為增加PP-R塑料 薄膜管的耐候性，額外再加入臺(tái)灣永光化學(xué)股份有限公司的UV吸收劑Eversorb 73，添加 量0. 6重量％。混合均勻后以一般的塑料吹膜機(jī)，工作溫度220°C 250°C，吹膜厚度控制 在0. 12公厘規(guī)格，塑料薄膜的寬度控制在19英時(shí)，吹制成型后不再經(jīng)過任何加工程序，直 接卷繞成捆狀備用。加工后的塑料薄膜管，注水開始培養(yǎng)藻類后會(huì)被水壓撐開，形成直徑30 公分的圓筒狀培養(yǎng)管。用一般吹膜級(jí)的LDPE依照業(yè)界常用的塑料袋加工條件，吹制和上述PP-R塑料薄 膜管相同規(guī)格尺寸的塑料薄膜管。另外向高雄市高成電木塑料公司訂制直徑30公分，厚度4mm，長(zhǎng)度3公尺的PC透 明硬質(zhì)塑料管，作為藻類培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)比較之用。分別將上述方法制備的PP-R和LDPE塑料薄膜管，剪下一小塊(3cmX5cm)，用分 光光度計(jì)(UV-160，Hitachi)檢測(cè)其全光譜的穿透率(190nm IlOOnm)，對(duì)不同波長(zhǎng)的穿 透率曲線下的面積積分，可以算出不同材質(zhì)的全光透光率，PP-R和LDPE材質(zhì)的塑料薄膜管 全光透光率分別為89. 2%和63.3%?？梢悦黠@看出這二種材質(zhì)在透光率上有明顯的差別。 而4公厘厚的透明PC管全光透光率，根據(jù)廠商數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)大約在89%左右。藻類培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組裝示意圖，如圖1所示。微藻主要培養(yǎng)于塑料薄膜管10中， 微藻和水被循環(huán)泵20推動(dòng)，循環(huán)流經(jīng)進(jìn)料槽30和塑料薄膜管10。塑料薄膜管直徑為30公 分，每段塑料薄膜管長(zhǎng)度為3公尺，第一根及最后一根塑料薄膜管用塑料轉(zhuǎn)接管連接于循 環(huán)管路40，以及其余的塑料薄膜管用U型管50相連，共有12支塑料薄膜管。培養(yǎng)管總長(zhǎng)36公尺，培養(yǎng)管的總內(nèi)部容積約為2. 38立方公尺，進(jìn)料槽的體積為1.5立方公尺。2%二氧 化碳濃度的空氣和其它養(yǎng)分于進(jìn)料槽30內(nèi)添加。水循環(huán)的速度控制在每小時(shí)12立方米， 以確保系統(tǒng)內(nèi)各種養(yǎng)分的均勻度和保持藻類能均勻懸浮在液體中。培養(yǎng)過程中的各種參數(shù) 如酸堿值、水中二氧化碳濃度、溫度、溶氧、養(yǎng)分等都能用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)60監(jiān)測(cè)。當(dāng)培養(yǎng) 終了，藻類和水分改而經(jīng)由排出管路70流經(jīng)過濾系統(tǒng)80，其內(nèi)部的1 μ m的過濾器能截留藻 類，而水分則直接排出該過濾系統(tǒng)80。干燥后秤重就可以得知總共產(chǎn)出多少藻類。另外在 進(jìn)料槽設(shè)有取樣口，能夠隨時(shí)取出藻類培養(yǎng)液以供分析實(shí)驗(yàn)之用。于以下實(shí)驗(yàn)中比較三種不同材質(zhì)的微藻培養(yǎng)管PP-R塑料薄膜管(膜厚0. 12公 厘)、LDPE塑料薄膜管(膜厚0. 12公厘)和透明PC管(管壁厚4公厘)，在實(shí)際培養(yǎng)擬球 藻上，擬球藻的細(xì)胞干重產(chǎn)率，是否會(huì)有所不同。藻種擬球藻(Nannochloropsis oculata)由農(nóng)委會(huì)東港水產(chǎn)試驗(yàn)所提供培養(yǎng)液花蓮海岸抽取天然海水，再加入60mg/L尿素作為氮源，攪拌溶解后經(jīng)過 0. 45 μ m過濾器過濾。空氣使用液態(tài)二氧化碳增濃的空氣，二氧化碳濃度控制2%，氣體混合后經(jīng)過 0. 22 μ m過濾器過濾，通氣量每分鐘10公升。光源使用人工光源，光照強(qiáng)度500 μ mol/(Hi2s1)。接種濃度使用培養(yǎng)4天的藻類培養(yǎng)作為前培養(yǎng)，接種濃度為總體積3. 88立方公 尺的5%，約為200公升。前培養(yǎng)所需的藻類培養(yǎng)液需經(jīng)過3次的逐級(jí)放大培養(yǎng)，500毫升 的血清瓶種培養(yǎng)在培養(yǎng)4天后，接入10公升的透明塑料培養(yǎng)桶，培養(yǎng)4天在接入200公升 的大型塑料桶，培養(yǎng)條件和主培養(yǎng)類似，只有通氣量改為維持在lvvm。藻類干重計(jì)算培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行11天，每天從取樣口取樣1公升，離心后連離心管 一起用烘箱80°C烘干M小時(shí)然后秤重，再扣除預(yù)先量測(cè)的離心管重，就可得知每天藻類干 重增加情形。實(shí)驗(yàn)一、使用透明PC管(管壁厚4公厘，直徑30公分，長(zhǎng)度3公尺，透光率89.0%) 作為藻類培養(yǎng)管。實(shí)驗(yàn)二、使用LDPE塑料薄膜管(管膜厚0. 12公厘，直徑30公分，長(zhǎng)度3公尺，透 光率63. 3%)作為藻類培養(yǎng)管。實(shí)驗(yàn)三、使用PP-R塑料薄膜管(管膜厚0. 12公厘，直徑30公分，長(zhǎng)度3公尺，透 光率89. 2%)作為藻類培養(yǎng)管。三組實(shí)驗(yàn)除了所用的藻類培養(yǎng)管不同，實(shí)驗(yàn)一的透明PC管是屬于硬管，利用支架 架高于地面約15公分，實(shí)驗(yàn)二和實(shí)驗(yàn)三的塑料薄膜管屬于軟管，平放于地上的白色帆布 上。所有其它條件都完全相同，每天取樣監(jiān)測(cè)藻類細(xì)胞干重變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。在 圖2擬球藻細(xì)胞干重產(chǎn)率走勢(shì)圖中，可以清楚看到不同材質(zhì)的藻類培養(yǎng)管對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)有很 大的影響，其中透光率較差的LDPE材質(zhì)構(gòu)成的培養(yǎng)管一開始的生長(zhǎng)速率明顯低于透光率 較高的兩組(PC組(菱形點(diǎn))、PP_R組(三角形點(diǎn)))，透光率較差的LDPE實(shí)驗(yàn)組(四方形 點(diǎn))，藻類生長(zhǎng)在培養(yǎng)第5天時(shí)就明顯進(jìn)入停滯期，藻類的生長(zhǎng)速度明顯趨緩。而透光率較 高的兩組則可以維持藻類的快數(shù)成長(zhǎng)期達(dá)到第8天左右。到達(dá)第11天培養(yǎng)終了時(shí)，三種不 同材質(zhì)的藻類培養(yǎng)管PP_R(三角形點(diǎn))、PC(菱形點(diǎn))和LDPE所能達(dá)到的最高細(xì)胞干重濃 度分別為1.37、1. 19和0.64公克/每公升。假設(shè)PP-R塑料薄膜管所培養(yǎng)的細(xì)胞濃度定為100%，則透明PC管和LDPE塑料薄膜管所能培養(yǎng)的細(xì)胞濃度分別為88. 8%和48. 5%。這 和實(shí)驗(yàn)之前的設(shè)想十分接近，在高密度培養(yǎng)藻類時(shí)，光線是唯一限制藻類生長(zhǎng)的重要因子， 因?yàn)樵孱愔饾u分裂成長(zhǎng)，藻類細(xì)胞會(huì)有互相遮蔽光線的情形，造成有越來越多的細(xì)胞得不 到充足的光線以進(jìn)行光合作用。如果本來穿透藻類培養(yǎng)設(shè)施的光線就已經(jīng)不多，當(dāng)然會(huì)限 制了藻類細(xì)胞的生長(zhǎng)。本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果證明要提高密閉式藻類培養(yǎng)的藻類細(xì)胞濃度，一個(gè)強(qiáng) 韌而具有高透光率的培養(yǎng)膜管是必要的，而本發(fā)明所揭露的PP-R材質(zhì)所制備的塑料薄膜 管是最好的選擇。
權(quán)利要求
1.一種用于密閉式藻類培養(yǎng)系統(tǒng)的復(fù)合式培養(yǎng)管，包含η個(gè)硬的U形管；及η+1根互 相平行的透光塑料薄膜管，其中η為正整數(shù)，第1根透光塑料薄膜管具有一入口端及第η+1 根透光塑料薄膜管具有一出口端，其中除了該入口端及出口端外，每一根透光塑料薄膜管 的兩端與和其相鄰的透光塑料薄膜管的兩端以該U形管流體相通的且密封的連接，于是一 被導(dǎo)入該入口端的流體僅能由該出口端流出該復(fù)合式培養(yǎng)管。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合式培養(yǎng)管，其中該透光塑料薄膜管具有一介于0.01 0. 5mm的薄膜厚度，及對(duì)波長(zhǎng)400nm的光具有大于80%的透光率。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合式培養(yǎng)管，其中該透光塑料薄膜管具有一介于0.1 0. 2mm的薄膜厚度，及對(duì)波長(zhǎng)400nm的光具有大于85%的透光率。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合式培養(yǎng)管，其中該透光塑料薄膜管以聚丙烯為主要成分制成。
5.如權(quán)利要求4所述的復(fù)合式培養(yǎng)管，其中該透光塑料薄膜管以含90 99重量％丙 烯單體及1 10重量％的乙烯、丁烯或己烯單體的無(wú)規(guī)共聚物為主要成分制成。
6.如權(quán)利要求4或5所述的復(fù)合式培養(yǎng)管，其中該聚丙烯及該無(wú)規(guī)共聚物含有其重量 0. 1 3%的UV吸收劑。
7.如權(quán)利要求6所述的復(fù)合式培養(yǎng)管，其中該聚丙烯及無(wú)規(guī)共聚物含有其重量0.1 3%的抗氧化劑。
8.如權(quán)利要求4所述的復(fù)合式培養(yǎng)管，其中該聚丙烯為二軸拉伸聚丙烯及含有其重量 0. 1 3%的成核劑。
9.如權(quán)利要求5所述的復(fù)合式培養(yǎng)管，其中該無(wú)規(guī)共聚物是選自丹麥Borealis公司所 制造的型號(hào)Borclear RB707CF*Borclear RB709CF，以及日本三菱化學(xué)公司所制造的型號(hào) WFX4T中的一種。
10.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合式培養(yǎng)管，其中該透光塑料薄膜管具有0.1 0. 5m的管徑。
11.一種密閉式藻類培養(yǎng)系統(tǒng)，包含如權(quán)利要求1至10任一項(xiàng)所述的復(fù)合式培養(yǎng)管； 一進(jìn)料槽；一循環(huán)管路；一循環(huán)泵，其中該循環(huán)管路將該復(fù)合式培養(yǎng)管的入口端及出口端 流體相通的且密封的連接至該進(jìn)料槽，及該循環(huán)泵被設(shè)置于該循環(huán)管路上，于是位于該進(jìn) 料槽內(nèi)的培養(yǎng)液受該循環(huán)泵的驅(qū)動(dòng)循環(huán)流經(jīng)該復(fù)合式培養(yǎng)管，該循環(huán)管路及該進(jìn)料槽。
12.如權(quán)利要求11所述的密閉式藻類培養(yǎng)系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含一過濾系統(tǒng)及一排出管 路，其中該排出管路流體相通的且密封的將該過濾系統(tǒng)連接至該循環(huán)管路，于是在培養(yǎng)完 畢時(shí)，經(jīng)由該排出管路將培養(yǎng)液導(dǎo)至該過濾系統(tǒng)，將該培養(yǎng)液中的藻類過濾截留在該過濾 系統(tǒng)內(nèi)而讓培養(yǎng)液的液體排出。
13.一種制備復(fù)合式培養(yǎng)管的方法，包含下列步驟準(zhǔn)備η個(gè)硬的U形管；從一卷透光 塑料薄膜管分割出η+1根等長(zhǎng)的透光塑料薄膜管，其中η為正整數(shù)；將該η+1根透光塑料薄 膜管互相平行、等距的且對(duì)齊的置于地面上；將第i根透光塑料薄膜管的遠(yuǎn)程與第i+Ι根透 光塑料薄膜管的遠(yuǎn)程以第i個(gè)U形管流體相通的且密封的連接；將第i+Ι根透光塑料薄膜 管的近端與第i+2根透光塑料薄膜管的近端以第i+Ι個(gè)U形管流體相通的且密封的連接， 其中 i = 1,2,3, ···!!。
全文摘要
本發(fā)明揭露了一種改良的管狀密閉式藻類培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，將傳統(tǒng)管狀培養(yǎng)系統(tǒng)的玻璃管或透明聚碳酸酯(PC)管，用一種具有高透光性的聚丙烯(PP)材質(zhì)，經(jīng)由塑料吹膜機(jī)所制成的薄膜來取代，可大幅減少傳統(tǒng)管狀培養(yǎng)的硬件投資成本，且保持密閉式藻類培養(yǎng)系統(tǒng)的高產(chǎn)率。利用本發(fā)明的薄膜培養(yǎng)系統(tǒng)其藻類細(xì)胞干重產(chǎn)率可達(dá)到透明PC管培養(yǎng)系統(tǒng)的1.13倍，同時(shí)使培養(yǎng)系統(tǒng)中管材的成本大幅減少至PC管培養(yǎng)系統(tǒng)的0.36％左右，使大規(guī)模的藻類密閉式培養(yǎng)具有商業(yè)化可行性。本發(fā)明的藻類培養(yǎng)系統(tǒng)可用來培養(yǎng)高含油量的微藻生產(chǎn)油脂，來作為生產(chǎn)生物柴油的原料。
文檔編號(hào)B29C65/00GK102061256SQ20091023713
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者陳志威 申請(qǐng)人:陳志威